DE405037C

DE405037C - Gas turbine with rotating combustion chambers

Info

Publication number: DE405037C
Application number: DEB100395D
Authority: DE
Original assignee: KONRAD BAETZ; Nordflug Werke M B H
Current assignee: KONRAD BAETZ; Nordflug Werke M B H
Publication date: 1924-10-27

Description

Gasturbine mit umlaufenden Brennkammern. Die Erfindung betrifft Gasturbinen mit umlaufenden Brennkammern. Zweck der Erfindung ist, solche Turbine so auszubilden, daß die Brennkammern ohne Ventile arbeiten. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß man das Gemisch von Luft und Brennstoff oder auch Brennstoff und Luft getrennt während des Laufes der Turbine in die Brennkammern mit einem Linblasedruck einströmen läßt, der groß genug ist, alle Hindernisse 4_Reibung, Fliehkraft) zu überwinden und außerdem am Schluß des Einblasevorganges eine ausreichende Verdichtung der Ladung hervorzurufen. Da die Brennkammern umlaufen und alle Vorgänge sich mit außerordentlicher Geschwindigkeit abspielen, erscheint es möglich, ohne Ventile auszukommen, indem man die Ladung in den Brennkammern alsbald nach dem Einblasen zündet. Die Verbrennungsgase expandieren aus den offenen Brennkammern heraus, so daß sie bei geeigneter Form der Kammerauslässe treibend wirken. Man kann die ausströmenden Gase dann durch geeignete Leit- und Laufschaufeln noch weiter ausnutzen.Gas turbine with rotating combustion chambers. The invention relates to gas turbines with circumferential combustion chambers. The purpose of the invention is to design such a turbine so that that the combustion chambers work without valves. According to the invention, this is achieved by that the mixture of air and fuel or fuel and air is separated while the turbine is running, they flow into the combustion chambers at a blow pressure lets that is big enough to overcome all obstacles 4_ friction, centrifugal force) and, at the end of the blowing process, sufficient compression of the charge to evoke. Because the combustion chambers revolve and all processes deal with extraordinary Playing speed, it seems possible to do without valves by adding the charge in the combustion chambers is ignited as soon as it has been blown in. The combustion gases expand out of the open combustion chambers so that they are appropriately shaped the chamber outlets have a driving effect. The escaping gases can then be controlled by suitable Make further use of guide vanes and rotor blades.

Die Brennkammern erhalten zweckmäßig nahe der Radmitte kugelförmige Hohlräume, an die sich nach außen zu gegen die Drehrichtung geneigte Kanäle anschließen, die zur Füllung der Brennkammern und zum Wiederausströmen der Explosionsgase dienen.The combustion chambers are appropriately spherical near the center of the wheel Cavities to which are connected channels inclined towards the outside against the direction of rotation, which are used to fill the combustion chambers and to allow the explosion gases to flow out again.

Die Zündung selbst kann entweder in den kugeligen Brennkammern erfolgen, und zwar auf elektrischem Wege oder aber vom äußeren Radumfang leer durch einen dauernd brennenden Flammenstrahl.The ignition itself can either take place in the spherical combustion chambers, namely by electrical means or empty from the outer circumference of the wheel through one constantly burning flame beam.

Auf der Zeichnung ist in Abb. i eine Turbine nach der Erfindung in einem achsialen Schnitt und in Abb.2 in einem Querschnitt senkrecht zur Achse dargestellt.In the drawing, a turbine according to the invention in FIG an axial section and shown in Fig. 2 in a cross section perpendicular to the axis.

Die Turbine besteht aus einem in den Abb. i und 2 beispielsweise horizontal gelagerten Laufrad i. In den Laufradkörper sind Kanäle 2, 2' eingefräst (in Abb. a nur am oberen Radumfang gezeichnet), die sich in einer gewissen Tiefe des Laufrades zu Brennkammern 3 erweitern. Die Schaufelkanäle 2, 2' und die Brennkammern 3 sind durch einen Deckel ¢ (Abb. i), der die Zellen und Schaufelkanäle seitlich abdichtet, geschlossen und also nur am Radumfang offen. Die Schaufeln sind gegen den Radumfang unter einem kleinen Winkel geneigt. Das Laufrad trägt in bekannter Weise nach Art der Radialturbinen Schaufelkränze 5, 6. Auf der Zeichnung sind nur zwei Kränze gezeichnet, doch können auch mehr vorgesehen sein. Diese nehmen jenen Teil der lebendigen Kraft des verpufften Treibmittels auf, der nach dem Austritt aus den Kanälen 2, 2' noch vorhanden ist. Zur Führung der Gase dienen in bekannter Weise feste Leitkränze 7 und B.The turbine consists of one in Figs. I and 2 for example horizontal mounted impeller i. Channels 2, 2 'are milled into the impeller body (in Fig. a only drawn on the upper circumference of the wheel), which is located at a certain depth of the impeller expand to combustion chambers 3. The vane channels 2, 2 'and the combustion chambers 3 are through a cover ¢ (Fig. i), which seals the cells and blade channels on the side, closed and therefore only open on the circumference of the wheel. The blades are against the wheel circumference inclined at a small angle. The impeller carries in a known manner according to Art of the radial turbine blade rings 5, 6. Only two rings are drawn in the drawing, but more can also be provided. These take that part of the living power of the deflagrated propellant, which after exiting the channels 2, 2 'still is available. Fixed guide rings 7 are used in a known manner to guide the gases and B.

Die Füllung der umlaufenden Radzellen 2, 2' und der Brennkammern 3 erfolgt durch mehrere am Umfang des Zellenradteiles gleichmäßig verteilte Düsen 9, von denen nur eine im Längsschnitt (Abb. i) und im Querschnitt (Abb.2) gezeichnet ist. Diese Düsen führen brennbares Gemisch oder auch, gruppenweise nebeneinander angeordnet, abwechselnd Luft und Gas oder in umgekehrter Reihenfolge Gas und Luft zu. Drei hintereinander angeordnete Düsen können z. B. der Reihe nach Luft, Gas und nochmals Luft zuführen, um eine richtige Mischung und Schichtung der Ladung in den Radzellen und Brennkammern zu erreichen. Die Ladung kann so an mehreren gleichmäßig über den Randumfang verteilten Stellen erfolgen. Man kann auch die Ladung in der Weise vornehmen, daß die durch die Düsen eingeblasene Verbrennungsluft flüssigen Brennstoff mitnimmt, so daß in den Düsen die Mischung der Ladung erfolgt. Durch besondere Spüldüsen, welche nur Luft zuführen, kann die mittlere Temperatur des laufenden Rades in bestimmten Grenzen gehalten werden. In den Düsen 9 erhält das vorher auf Druck gebrachte Gemisch, oder die Luft und das Gas, durch Expansion eine hohe Geschwindigkeit, die so groß sein soll, daß nach dem Eintritt in die Radzellen 2, 2' noch eine erhebliche Relativgeschwindigkeit vorhanden ist. Diese große Relativgeschwindigkeit setzt sich nun in den Radzellen in Druck um. Damit die aus den Zellen 2, 2' ausgepufften Abgase auf die Leitkanäle 7, welche zwischen den Lade- und Spüldüsen angeordnet sind, treffen, müssen die Düsen 9, wie gezeichnet, windschief gegen den Radumfang stehen und erscheinen also in Abb. 2, wie angedeutet, nur als kurze Schnittstücke.The filling of the rotating wheel cells 2, 2 'and the combustion chambers 3 takes place through several nozzles evenly distributed around the circumference of the cellular wheel part 9, of which only one is drawn in longitudinal section (Fig. I) and in cross section (Fig. 2) is. These nozzles carry a combustible mixture or, in groups, next to one another arranged, alternating air and gas or, in reverse order, gas and air to. Three nozzles arranged one behind the other can e.g. B. in sequence air, gas and add more air to ensure proper mixing and stratification of the load in the wheel cells and combustion chambers. The charge can be distributed evenly to several places distributed over the edge circumference. You can also see the charge in the Make sure that the combustion air blown through the nozzles is liquid Fuel takes with it, so that the charge is mixed in the nozzles. By special rinsing nozzles, which only supply air, can reduce the average temperature of the running wheel can be kept within certain limits. In the nozzles 9 the previously pressurized mixture, or the air and the gas, by expansion one high speed, which should be so great that after entering the wheel cells 2, 2 'there is still a considerable relative speed. This great relative speed is now converted into pressure in the wheel cells. So that the puffed out of cells 2, 2 ' Exhaust gases on the ducts 7, which between the loading and rinsing nozzles are arranged, meet, the nozzles 9, as drawn, crookedly against the Wheel circumference are and therefore appear in Fig. 2, as indicated, only as short cut pieces.

Zur Erleichterung der Spülung, zur Förderung der Verdichtung und zur Vergrößerung der Wirbelbewegung der Ladung in den Brennkammern führen zu einer Brennkammer zwei Kanäle 2 und 2'. Die aus den Düsen austretenden Gase treffen daher zuerst den vorauseilenden Kanal 2' und beginnen sich in ihm zu verdichten. Dabei wird das im nachfolgenden Kanal vorhandene Mittel anfangen sich nach außen zu bewegen. Im nächsten Moment tritt aber der Kanal 2 vor die Düse 9 und das einströmende Treibmittel drückt das in Bewegung begriffene, im Kanal 2 befindliche Treibmittel zurück, so daß die Verdichtung in den Brennkammern durch den Stoß erhöht wird. Bei der Entleerung der Kammern wirkt jedoch das auspuffende Gas in beiden Kanälen 2 und 2' durch Reaktion in gleicher Weise treibend.To facilitate flushing, to promote compression and to Increasing the vortex movement of the charge in the combustion chambers leads to a combustion chamber two channels 2 and 2 '. The gases emerging from the nozzles therefore hit the first leading channel 2 'and begin to condense in it. This is done in the Funds in the downstream channel begin to move outwards. In the next Moment, however, the channel 2 occurs in front of the nozzle 9 and the influx of propellant presses the moving, located in the channel 2 propellant back, so that the Compression in the combustion chambers is increased by the shock. When emptying the Chambers, however, acts the exhaust gas in both channels 2 and 2 'by reaction driving in the same way.

Die Zündung der Ladung erfolgt sofort nach der Füllung der Brennkammern durch Zündkerzen io, welche an einem Zündkontakt i i vorbeilaufen, der eine dauernde Lichtbogenzündung liefert und auf einen bestimmten Radbogenwinkel eingestellt ist. Die Zündung kann aber auch als Flammenzündung mit Hilfe einer nicht gezeichneten Zünddüse erfolgen, die neben den Ladedüsen angeordnet sein würde und einen dauernd brennenden Flammenstrahl in die Radzellen bläst. Damit die ausgepufften Abgase nicht brennbare Ladung, mit wegführen, ist es zweckmäßig, zuletzt in die Leitkanäle nur Luft und kein Gemisch mehr zu füllen.The charge is ignited immediately after the combustion chambers have been filled by spark plugs io, which run past an ignition contact i i, the one permanent Arc ignition delivers and is set to a specific wheel arc angle. The ignition can also be used as a flame ignition with the help of a not shown Ignition nozzle take place, which would be arranged next to the charging nozzles and one permanent Burning flame jet blows into the wheel cells. So that the puffed exhaust gases not Combustible cargo, with carrying away, it is expedient to end up in the guide channels only Air and no more mixture to fill.

13 ist ein Kühlraum, der den Diffusor 12 der Turbine umgibt. Falls das Kühlwasser so warm wird, daß es verdampft, kann der Dampf durch -den Dom 1:1 abgeleitet und nutzbar gemacht werden.13 is a cooling space surrounding the diffuser 12 of the turbine. If the cooling water becomes so warm that it evaporates, the steam can pass through the dome 1: 1 derived and made usable.

Die Verdichtung der Ladung in den Radzellen erfolgt durch den Stoß, der mit großer Geschwindigkeit in diese eintretenden Gase. Man kann daher, um die Zahl der Düsen klein zu halten, auch aus einer Düse, die mit entsprechender Steuerung versehen ist, der Reihe nach Luft und Gemisch oder auch Luft und Gas und nochmals Luft und auch Luft und Gas von verschiedenen Drücken eintreten lassen. Hierzu ist nur notwendig, daß die Düsenregelung rythmisch bewegt wird, was, wie durch die Elemente 15 und 16 angedeutet ist, durch eine entsprechende innere und äußere Steuerung erfolgen kann. Der Anlauf und der Betrieb einer solchen Turbine gestalten sich einfach, wenn verdichtete Luft und verdichtetes Gas oder unter Druck stehender flüssiger Brennstoff zur Verfügung steht. Da die Düsen gegen den Zellenradumfang geneigt- sein müssen, so wirkt nämlich das eintretende Gemisch und auch die Spülluft durch Druck treibend auf das Laufrad, und zwar sowohl beim Anlauf wie später bei Belastung. Beim Anlauf wird es sich natürlich empfehlen, zuerst nur Druckluft zuzuführen und erst dann, wenn das Laufrad eine entsprechende Drehzahl erreicht hat, Gas und Zündung anzustellen.The compression of the charge in the wheel cells takes place through the impact, of the gases entering these at great speed. One can therefore order the Keep the number of nozzles small, even from one nozzle with the appropriate control is provided, in turn air and mixture or air and gas and again Allow air and also air and gas at different pressures to enter. This is only necessary that the nozzle control is moved rhythmically, which how by the elements 15 and 16 is indicated, take place by a corresponding internal and external control can. The start-up and operation of such a turbine are easy if compressed air and compressed gas or pressurized liquid fuel is available. Since the nozzles must be inclined towards the circumference of the bucket wheel, the incoming mixture and also the scavenging air act as a driving force through pressure on the impeller, both at start-up and later under load. At the start it will of course be advisable to only supply compressed air first and only then, when the impeller has reached a corresponding speed, turn on the gas and the ignition.

Die mittlere Temperatur des Laufrades wird durch Spülluft geregelt oder auch durch Dampfzufuhr. Dabei ist zu beachten, daß die von der Spülluft oder vom Hilfsdampf in den Radzellen und in den Brennkammern aufgenommene Wärme beim Austritt aus dem Zellenradteil und in den Laufschaufelkränzen des Außenteiles nützliche Arbeit liefert. Die Geschwindigkeitsregelung kann durch Aussetzer erfolgen, indem man die Gaszufuhr zeitweise oder an einzelnen Düsen abstellt, oder auch durch Gemischregelung, indem man die Gaszufuhr drosselt. Flüssiger Brennstoff kann mit der Luft eingeblasen werden, so daß die Düse 9 selbst zur Gemischbildung dient.The mean temperature of the impeller is regulated by purge air or by supplying steam. It should be noted that the purge air or heat absorbed by the auxiliary steam in the wheel cells and in the combustion chambers Exit from the cellular wheel part and useful in the rotor blade rings of the outer part Work supplies. The speed control can be done by dropouts the gas supply is switched off temporarily or at individual nozzles, or by mixture control, by throttling the gas supply. Liquid fuel can be blown in with the air so that the nozzle 9 itself serves to form the mixture.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Gas turbine with rotating combustion chambers and with pre-compression of the charge, characterized in that the charge is compressed in rotating wheel cells (2, 2 ') by converting the flow energy of the charge into pressure, while the work output of the combustion gases by back pressure in the wheel cells (2, 2 'j and by means of blade rings (5, 6).

2. gas turbine according to claim i, characterized in that the impeller cells (2 2 ') follow the shaft to expand into spherical combustion chambers (3), whereby the vane channels for a combustion chamber made up of two converging, approximately parallel parts exist.

3. Gas turbine according to claim i and 2_ characterized in that the ignition is carried out from the circumference of the wheel by a constantly burning jet of flame. Gas turbine according to claims i to 3, characterized in that the Operating air takes liquid fuel with it, so that the mixture in the nozzles (9) the charge takes place.